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Fragestellung: Die Rekonstruktion großer Knochendefekte bedarf im Allgemeinen der Transplantation von autologem oder allogenem Knochen. Die Transplantate besitzen osteogene, -konduktive, und -induktive Eigenschaften. Die Entnahmemorbidität, eine begrenzte Verfügbarkeit sowie eine unvollständige Transplantatintegration limitieren jedoch ihre Anwendung. Mit dem Ziel eines alternativen Therapieansatzes wurde in der vorliegenden Studie die Applikation von autologem Knochen (ABG) mit der Heilung nach Transplantation von Komposit-Scaffolds (Polycaprolacton-Trikalziumphosphat, mPCL-TCP) in Kombination mit autologen mesenchymalen Stammzellen (MSZ) oder Bone Morphogenetic Protein (rhBMP-7) verglichen.

Methodik: Tibiale, diaphysäre Defekte kritischer Größe (3cm, Merino Schaf, Plattenosteosynthese) blieben unbehandelt, wurden mit autologer Spongiosa (Beckenkamm) oder mit einem mPCL-TCP Scaffold (Höhe 3cm, Durchmesser 2cm, Porosität 70%) mit oder ohne MSZ bzw. rhBMP-7 (Olympus Biotech) rekonstruiert. Für das Besiedeln der Scaffolds mit Zellen wurde autologes plättchenreiches Plasma verwendet. Die Tiere durften postoperativ voll belasten. Der Untersuchungszeitraum betrug 3 bzw. 12 Monate.

Es erfolgten Röntgenuntersuchungen postoperativ, nach 6 und 12 Wochen sowie 6 und 12 Monaten. Nach Tötung der Tiere wurden computertomographische Aufnahmen (CT) sowie microCT Scans (Scanco) durchgeführt. Die Aufnahmen wurden qualitativ und voll-quantitativ ausgewertet (Knochenvolumen, Verteilung des Knochenvolumens, polares Trägheitsmoment, Mineraldichte). Ein Torsionstest wurde mit 0,5 Grad/s durchgeführt wobei die kontralaterale Tibia als gepaarte Referenz diente. Die Proben wurden anschließend histologisch prozessiert (PMMA; v. Kossa, Movat Pentachrom, Elektronenmikroskopie). Die Statistische Analyse der Daten erfolgte mit Hilfe des Mann-Whitney-U Tests (SPSS) und p-Werte < 0,05 wurden als signifikant erachtet.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die kritische Natur der Leerdefekte konnte bestätigt werden (Union-Rate 0%). Innerhalb von 3 Monaten überbrückten alle Defekte, die mit ABG oder Scaffold und rhBMP-7 behandelt worden waren. Die biomechanische sowie CT/µCT Analyse nach 12 Monaten zeigte signifikant mehr Knochenbildung und eine signifikant höhere mechanische Festigkeit nach Transplantation des Biomaterials mit rhBMP-7 im Vergleich zu ABG. Mehr mineralisiertes Gewebe bildete sich in den proximalen und distalen Grenzbereichen zum intakten Knochen. Mit rhBMP-7 gestaltete sich die radiäre Verteilung des Knochens innerhalb der Scaffolds nach 3 Monaten homogen. Nach 12 Monaten konnte signifikant mehr Knochen in den Randbereichen detektiert werden, ein Zeichen für Remodelling-Vorgänge. Das Scaffold alleine oder besiedelt mit MSZ konnte insgesamt keine vergleichbar hohe Knochenneubildung induzieren.

Die Studienergebnisse zeigen, dass die klinische Anwendung von mPCL-TCP Scaffolds, kombiniert mit einem biologisch aktiven Stimulus wie rhBMP-7, eine attraktive Alternative zur Transplantation von autologem Knochen darstellt.